1.天津大学龚金龙教授j.am.chem.soc:晶界富铜催化剂用于高效的太阳能驱动电化学CO2还原制乙烯和乙醇
利用太阳能等可再生能源驱动CO2电化学还原为高附加值的多碳产品，是关闭人工碳循环的潜在方案。在电化学还原CO2的可选催化剂中，铜可以将二氧化碳还原成C2+产品。然而，由于铜的结合能适中，制备的产品选择性差。目前普遍认为催化剂中的晶界可以控制CO2还原反应的产物选择性，铜的GBs密度与CO还原反应的活性之间存在定量关系，因此GBs被认为是提高氧化铜对C2+产物高选择性的原因之一。但催化过程中氧化铜的还原会导致铜价状态的改变，使得GBs的作用难以确定。因此，在不改变铜价状态的情况下，开发出一种将GBs引入金属铜催化剂的新途径，令人印象深刻。
本文介绍了天津大学龚金龙教授以聚乙烯吡咯烷酮为添加剂，通过添加剂控制电沉积成功制备了富含晶界的铜催化剂。与柠檬酸和其他添加剂通过与铜形成络合物来调节沉积动力学不同，PVP是一种物理和化学惰性聚合物，能够可逆地吸附在铜表面，以动力学方式提高成核速率和减小晶粒尺寸。此外，PVP的惯性也可以避免引入碳污染。由于GBs的存在，在较宽的电压范围内，GB-Cu对C2产品的法拉第效率可高达70%。当与硅太阳能电池耦合时，太阳能到C2的能量转换效率可达3.88%，并且具有52ma·cm2的显著电流密度。此外，通过原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱和理论模拟计算，详细讨论了铜催化剂中GBs在CO2还原中的作用。
、、、、胡从岭、、、朱、、智、龚金龙。用于高效太阳能驱动电化学二氧化碳还原为乙烯和乙醇的富晶界铜。化学。SOC . 2020 . DOI:10.1021/jacs . 0c 00971。
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https://doi.org/10.1021/jacs.0c00971
2.深圳大学罗院士:具有核壳结构的NiFeSn@NiFe氢氧化物纳米球用于电催化析氧反应
由于能源危机带来的环境问题和化石燃料的大规模应用，利用可再生能源将水分解为氢气和氧气引起了研究者的极大关注；然而，析氧作为水分解的半反应之一，由于涉及多电子和质子转移，被认为是制约整个水分解过程的瓶颈。因此，开发高效的OER催化剂对加速反应动力学和降低能耗具有重要意义。不幸的是，尽管贵金属基催化剂被认为是最突出的OER催化剂，但其稀缺性和高成本极大地阻碍了其大规模应用和商业化。到目前为止，开发低成本、高性能的OER催化剂仍然是一个巨大的挑战。
本文由深圳大学罗院士和傅教授组成的课题组，采用两步电化学策略成功制备了具有优异催化活性的NiFeSn@NiFe氢氧化物纳米球。首先采用简单快速的电沉积方法制备了NiFexSn合金纳米球，然后通过电化学氧化形成了NiFe氢氧化物非晶壳。在这种核壳结构中，NiFexSn金属核有利于电子转移到非晶态NiFe氢氧化物的壳层，而壳层又可以阻止金属核的进一步氧化。此外，由于锡在碱性溶液中的选择性电化学腐蚀，材料具有较大的比表面积，从而暴露出丰富的活性中心，有利于反应物质的扩散和迁移。通过简单地控制电沉积过程，可以方便地调节镍/铁的比例，从而获得更优异的OER活性。优化后的NiFe0.5Sn‐A催化剂在10ma·cm 2的电流密度下，过电位仅为260 mV，Tafel斜率低至50mv·dec 1，在300 mV过电位下，转换频率高达0.194s-1，耐久性优异。
陈明星，路，傅宪柱，景。电催化析氧反应电化学策略中的核壳结构镍铁锡@镍铁氢氧化物纳米球
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https://doi.org/10.1002/advs.201903777
3.安吉尔。化学。里面的由…编辑中国科学技术大学谢毅院士:酮作为分子助催化剂促进激子参与光催化分子氧活化
光催化有机合成半导体因其将太阳能转化为化学能的巨大潜力，近年来引起了研究者的极大兴趣。由于自旋相关的能量转移，光激发半导体中的激子态在激活分子中间体或基底方面具有无可比拟的优势。然而，半导体中自旋弛豫不足和强非辐射衰变通常导致激子自旋态控制不足和光致物种快速减少，这不仅限制了光催化反应的量子产率，也限制了选择性。例如，由于独特的自旋构型，三重态激子通常参与选择性激活过程，但体系间的低交叉效率会导致弱三重态激子的产生，从而对催化活性产生负面影响。就非辐射衰变而言，激子之间的激子-激子湮灭也是导致光催化性能下降的过程。传统上，EEA可以通过低能激子的非弹性碰撞产生高能激子，但产生的热激子会通过内部转换迅速冷却到低能激子状态，导致系统能量损失。因此，迫切需要开发一种有效控制激子过程的策略。
本文由中国科学技术大学谢毅院士、张群教授、张晓东教授课题组，以酮为分子助催化剂，对含激子的光催化反应进行了优化。在聚合氮化碳/丙酮体系中，成功地证明了丙酮可以从PCN中提取激子-激子湮灭引起的热激子，并且可以反向贡献三重态激子。上述过程可以促进自旋弛豫和非辐射衰变的协同优化，从而导致更高的三重态激子捕获效率并改善可见光响应。此外，丙酮对光子晶体中本征电荷载流子的光激发过程影响有限，使得系统具有选择性激子控制的优势。因此，PCN/酮类体系在激子参与下光催化生成单线态氧方面也表现出优异的性能。研究结果不仅加深了对激子参与光催化反应的理解，而且通过分子助催化剂的设计，为太阳能的高效利用提供了协同优化策略。
、申龙江、刘文秀、、、。酮作为促进激子参与的光催化分子氧活化的分子助催化剂。里面的ed . 2020 . DOI:10.1002/anie . 202003042。
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4.板牙。今天，纽约州立大学布法罗分校的吴刚教授:支持和协调的单金属位点电催化剂
随着全球环境和能源危机的日益严重，包括燃料电池、水电解槽和二氧化碳电解槽在内的电化学能量转换和储存技术等可再生能源相关设备的开发技术创新迫在眉睫。可靠和可持续的能量转换装置的构建高度依赖于电催化剂工程，并且在这些电化学转换系统中使用的常见电催化剂是高成本的铂族金属纳米颗粒。因此，近年来，研究人员对原子分散的单金属位电催化剂进行了深入研究，旨在利用其固有的电子效应、量子尺寸效应和金属-载体相互作用，进一步降低金属负载量，提高催化效率。在这篇综述中，纽约州立大学布法罗分校的吴刚教授、布鲁克海文国家实验室的苏东教授和麦克马斯特大学的德鲁·希金斯教授首次介绍了原子分散单金属位电催化剂的概念，包括一些常见的关键性质和合成策略。随后，讨论了金属-载体相互作用及其与催化性能的关系。此外，作者重点介绍了单金属位电催化剂表征技术的一些进展，以及近年来单金属位电催化剂在电化学转化反应中的应用研究进展。最后，针对这一领域，作者指出了当前研究中的一些挑战和展望。
史秋荣、黄素妍、杨海鹏、法特玛·伊斯梅尔、、德鲁·希金斯、。支持和协调的单金属位点电催化剂。材料。2020年。DOI:10.1016/j . mattod . 2020 . 02 . 019。
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https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.02.019
5.安吉尔。化学。里面的由…编辑，北京化工大学孙小明教授:酸碱相互作用增强电催化二氧化碳还原过程中的氧耐受性
可再生能源驱动的电化学CO2减排策略在将温室气体CO2转化为高附加值碳基化学品方面极具吸引力。如果大规模应用这一过程，将对缓解全球变暖和海洋酸化非常有帮助。为了使该工艺更加商业化，二氧化碳反应物应来自实际燃烧废气和环境空气体，但两种反应物来源都含有大量氧气。在没有传质限制的实际电解槽中，由于CO2和O2的标准还原电极电位差异很大，即使O2含量低至5%，CO2还原反应仍会被完全抑制。因此，开发一种无需额外能量输入就能直接还原含氧二氧化碳气体的催化电极具有巨大的潜在价值，但也是一个巨大的挑战。
本文中，北京化工大学的孙小明教授和耶鲁大学的王海亮教授通过在本征微孔聚合物结构中引入客体苯胺分子并改变电催化剂，成功地研制了一种高耐氧性的二氧化碳还原催化电极。由于酸性CO2和苯胺中碱性氨基之间的化学相互作用，PIM/苯胺杂化膜比纯PIM膜具有更好的CO2/O2选择性。在应用于电解流动池时，作者采用PIM/苯胺杂化膜作为混合气体的选择层，固定在碳纳米管上的钴酞菁分子作为催化剂层。组装后的催化电极在O2含量为10%的CO2中的法拉第效率可达71%。当O2/CO2比例高达9:1时，电极仍能实现CO2的净转化，而不含苯胺的对照电极则完全丧失性能。此外，当催化剂转化为锡颗粒时，还原产物可以扩展到一氧化碳以外，CO2可以首次在5% O2存在下选择性还原为甲酸盐。
宋鹏·李、徐璐、、·吴、理查德·马尔帕斯-埃文斯、尼尔·b·麦肯恩、和。酸碱相互作用增强电催化二氧化碳还原中的氧耐受性。里面的ed . 2020 . DOI:10.1002/anie . 202003093。
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6.山西大学范秀军教授:共价连接nb4n 5–XOX–MOS 2多相催化剂促进析氢反应
作为一种可替代化石燃料的清洁可再生能源，高效电催化析氢反应制氢一直是研究热点。到目前为止，铂族贵金属是目前最常用的HER催化剂，但其成本高、资源稀缺，极大阻碍了铂族金属的大规模应用，也增加了氢燃料的成本。对于水分解的实际应用，理想的电催化剂应该在酸性介质基底交换膜电解槽、中性介质基微生物电解槽和碱性介质基电解槽中具有优异的催化活性。特别是在碱性水电解过程中，由于反应动力学缓慢，Pt基电催化剂的HER反应速率通常比酸性介质中高2-3个数量级。因此，开发高效、无贵金属、高pH值下的耐久性和稳定性的电催化剂在实际应用中极其关键，也充满挑战。
本文中，山西大学范秀军教授和山西师范大学张贤明教授通过通用湿化学策略和可控氮化工艺，在N掺杂石墨烯上成功制备了化学键结合的Nb4N5-xOx。在氮化过程中，MoS2纳米片会被刻蚀成小片，与nb4n 5–xox共价键合，从而形成缺陷丰富的超细nb4n 5–xox–MoS2异质结构。在这种异质结构中，共价键合的铌钼界面可以优化表面电子密度和氢与水的结合能。此外，nb4n 5–xox、MoS2和掺氮石墨烯之间的电子耦合可以显著增强nb4n 5–xox–MoS2/ng纳米复合材料的结构稳定性，保证其快速电子转移，进一步支持H2的产生和稳定。因此，nb4n 5–xox–mos2/ng非均相催化剂具有丰富的活性位，在酸性和碱性介质中表现出与Pt一样的高活性和稳定性。
杨洋、、贺海龙、严文俊、、岳、、龙润、、范秀军。共价连接的nb4n 5–xOx–mos2杂催化剂，具有所需的电子密度以促进氢的释放。ACS纳米2020。DOI: 10.1021/acsnano.0c01072。
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https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01072
7.苏州大学纳米技术学院耿教授。:碳化钛稳定的分子氮化物膜用作纤维状锌空气体电池的高效双功能电催化剂
随着下一代柔性和可穿戴电子产品的不断发展，纤维状锌空气体电池因其高能量密度和低成本而受到研究者的广泛关注。然而，由于缺乏高效耐用的电催化剂，锌空气体电池的发展受到严重阻碍。本文中，苏州大学耿教授和悉尼科技大学王国秀教授设计了一种具有特殊分子薄片的三金属氮化物电催化剂，该催化剂由碳化钛薄片稳定。电化学性能测试表明，该催化剂不仅如预期的那样提高了析氧反应的催化活性，而且对氧还原反应具有优异的催化活性，半波电位为0.84 V。随后，作者以设计的电催化剂为空气体阴极，聚合物凝胶为电解质，组装了柔性纤维状锌空气体电池，发现其具有优异的电化学性能和稳定性，该工作为二维纳米片在未来可穿戴和便携式器件中的应用开辟了新的途径。
吴、、潘雄、、邱天伦、龚文斌、、、、王国秀、庚。碳化钛稳定的分子氮化物薄片作为纤维形可再充电锌空气电池的高效双功能电催化剂。nano lett . 2020 . DOI:10.1021/ACS . nano lett . 0c 00717。
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https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00717
8.美国佛罗里达大学能源环境学院教授魏伟。Sci。调节纳米金光催化氧化水的多孔反应路径
自然光合作用可以利用酶和分子介质组成的氧化还原步骤来捕获和稳定热载体，从而实现高效的多重电荷转移；然而，在这方面，由于光生热载流子的寿命极短，人工光化学反应面临着巨大的挑战。本文以美国佛罗里达大学魏伟教授提出的金纳米粒子光催化剂为模型，通过光电共沉积的方式在Au/TiO2异质结构上沉积儿茶酚分子，可以有效捕获和稳定Au上的光生热空空穴，并进一步引入了新的多空穴反应路径。在新的反应路线中，长寿命的邻苯二酚空孔与金上新形成的空孔具有协同作用，将金催化剂上的光电化学氧化性能提高了一个数量级。
，张云录，郭，郭炳湘，胡岳，，宋，魏大卫。金纳米催化剂上光电化学水氧化多孔反应路径的调控。能源环境。sci . 2020 . DOI:10.1039/c9ee 04192 c。
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https://doi.org/10.1039/C9EE04192C
